На рисунке схематично показано устройство трехфазного генератора переменного тока. На его статоре расположены три одинаковые, но смещенные в пространстве одна относительно другой на 120º обмотки AX, BY, CZ. Для упрощения каждая обмотка показана состоящей только из двух проводов, заложенных в диаметрально противоположные пазы статора. Эти провода на заднем торце статора соединены друг с другом. На переднем торце они оканчиваются зажимами, которые служат для присоединения внешней цепи.
Три обмотки статора называют фазными обмотками или, кратко, фазами генератора. Причем, первые буквы латинского алфавита А, В, и С обозначают "начала" обмоток, а последние буквы этого же алфавита Х, У и Z – "концы" обмоток.
На роторе расположена обмотка возбуждения, питаемая постоянным током. Ротор является электромагнитом с полюсами N и S.
При его вращении изменяется магнитный поток, пронизывающий витки обмоток статора и, согласно закону электромагнитной индукции, в обмотках наводится переменная ЭДС. Генераторы конструируют таким образом, чтобы ЭДС была близка к синусоидальной.
Наводимые в обмотках ЭДС максимальны, когда ось полюсов ротора пересекает проводники статора. Для различных обмоток это происходит в различные моменты времени. Поэтому наводимые ЭДС не совпадают по фазе.
Выберем положительные направления ЭДС во всех обмотках от концов к началам. В момент времени, соответствующий положению ротора, показанному на рис. 1.1, ЭДС в обмотке А максимальна и имеет направление, которое принято положительным. Положительный максимум ЭДС в обмотке В наступит позже, когда ротор повернется на 1/3 оборота. Так как один оборот ротора двухполюсного генератора происходит за время, равное периоду Т, то поворот ротора на 1/3 оборота соответствует 1/3 периода и, следовательно, ЭДС в обмотке В отстает по времени от ЭДС в обмотке А на Т/3, а ЭДС в обмотке С отстает по времени от ЭДС в обмотке В также на Т/3.
Примем начальную фазу ЭДС обмотки А yА = 0, тогда мгновенные значения ЭДС
еA = Emsinwt; еB = Emsin[w(t – T/3)]; еC = Emsin[w(t – 2T/3)].
Учтем, что 
и запишем еB = Emsin(wt – 2p/3) = = Emsin(wt – 120°);
еС = Emsin(wt – 4p/3) = Emsin(wt – 240°) = Emsin(wt + 120°).
Из последних выражений видно, что ЭДС в обмотке В отстает от ЭДС в обмотке А по фазе на 120°, а ЭДС в обмотке С опережает ЭДС в обмотке А по фазе на 120º.
Комплексные действующие значения ЭДС
= Е;
= Е(cos120° – jsin120°) = E(– 0,5 – j0,866);
= Е(cos120° + jsin120°) = E(– 0,5 + j0,866).
Ниже показаны график мгновенных значений и векторная диаграмма ЭДС трехфазного генератора. 
а) б)
Рассмотренная совокупность ЭДС в обмотках трехфазного генератора называется симметричной трехфазной системой ЭДС, так как все ЭДС равны по амплитуде и отстают по фазе друг относительно друга на один и тот же угол.
Порядок, в котором ЭДС в фазных обмотках генератора проходят через одинаковые значения, например через положительные максимумы, называют последовательностью фаз или порядком чередования фаз. При указанном на рис. 1.1. направлении вращения ротора получаем последовательность фаз АВСА и т. д. Если изменить направление вращения ротора на противоположное, то получаем последовательность фаз АСВА и т. д.
Последовательность фаз АВСА и т. д. называют прямой, АСВА и т. д. – обратной.
Трехфазная цепь
Совокупность трехфазного источника питания, трехфазного приемника и соединительных проводов называют трехфазной цепью.
Отдельные части трехфазной цепи называют фазами, например, отдельные обмотки генератора – фазы генератора. В приемнике различают три фазы приемника, в линии электропередачи – три фазы линии электропередачи. Иногда фазой называют однофазную цепь, входящую в состав трехфазной цепи. По различным фазам протекают токи, которые сдвинуты относительно друг друга по фазе.
Таким образом, в электротехнике термин "фаза" имеет два различных значения: с одной стороны, - это аргумент (угол) синусоидально изменяющейся величины и, с другой стороны, составная часть трехфазной цепи.
Существуют два основных способа соединения обмоток генераторов, трансформаторов и фаз приемников в трехфазных цепях: соединение звездой и соединение треугольником.
Соединение звездой
При соединении звездой концы фазных обмоток генератора Х, Y, Z объединяют в одну точку, которую называют нейтральной точкой генератора N. Аналогично поступают с концами фаз приемника и получают нейтральную точку приемника N1. Провод, соединяющий нейтральные точки генератора и приемника, называют нейтральным проводом, а провода, идущие от начал фаз генератора, А, В, С к приемнику – линейными проводами.
Рис. 1.3 Трехфазная цепь при соединении генератора и приемника звездой
Токи в линейных проводах называют линейными токами (Iл). Положительные направления токов 
выбирают от источника питания к приемнику, а ток 
в нейтральном проводе направляют от приемника к источнику.
Лучи звезды приемника называют фазами приемника. ZA, ZB, ZC – сопротивления фаз приемника. Токи в фазах генератора или приемника называют фазными токами (Iф).
При соединении звездой линейный провод соединен с фазами генератора и приемника последовательно, поэтому линейные токи равны фазным Iл = Iф.
Напряжения на фазах генератора или приемника называют фазными напряжениями (UФ). 
; 
; 
– фазные напряжения генератора, соединенного звездой. 
; 
; 
– фазные напряжения приемника.
Сопротивления фазных обмоток генератора малы и их, как правило, принимают равными нулю, поэтому фазные напряжения генератора равны фазным ЭДС 
; 
; 
. Следовательно, фазные напряжения генератора симметричны, то есть равны по величине и сдвинуты по фазе на 120º: 
, 
, 
.
Напряжения между линейными проводами называют линейными напряжениями (UЛ). Положительные направления линейных напряжений 
AB, BC, 
CA взяты в направлении АВСА.
Определим соотношение между фазными и линейными напряжениями на генераторе, соединенном звездой.
Составим уравнения по второму закону Кирхгофа для контура АВNА AB + В– А = 0.
Выразим AB = A – B, аналогично BC = B – C, CA = C – А, то есть линейные напряжения равны разностям соответствующих фазных напряжений.
Построим векторную диаграмму фазных и линейных напряжений
При построении векторной диаграммы принимаем, что начальная фаза напряжения на фазе А генератора yuA = 0.
Для построения векторов линейных напряжений используем выражение 
AB = 
A – B = A + ( – B), аналогично BC = B + (– C), CA = C + ( – A).
Из вершины тупого угла равнобедренного треугольника со сторонами A, – B , AB опустим перпендикуляр. Так как тупой угол между векторами фазных напряжений равен 120°, то острый угол равен 30°. Следовательно, из прямоугольного треугольника
UAB = UAcos30° = UA 
, или UЛ = 
UФ.
При соединении звездой, если фазные напряжения симметричны, то линейные напряжения больше фазных напряжений в раз. Кроме того, из векторной диаграммы видно, что линейные напряжения опережают соответствующие фазные напряжения на 30°. В комплексной записи
AB = 
Aеj30°; 
BC = B еj30°; CA = Сеj30°.
В трехфазных низковольтных цепях используется следующая шкала напряжений: 127, 220, 380, 660 В. Каждое следующее напряжение больше предыдущего в 
раз. Если фазное напряжение UФ = 127 В, то линейное UЛ = 220 В и т. д.
Трехфазный приемник соединяют звездой в том случае, когда его фазы рассчитаны на напряжение в раз меньшее линейного напряжения трехфазной цепи.
Дата: 2019-04-23, просмотров: 297.
